JP3929108B2 - 回路基板の配線形成方法 - Google Patents
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- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板の配線形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータなどの電子機器を対象とした回路基板には、ガラスエポキシ基板上に配線をパターニングした簡単なプリント基板から、大型コンピュータ用に高密度配線が可能な薄膜多層回路基板に至るまでいくつかの種類がある。しかし、どの回路基板の配線形成プロセスにも、コスト面や設備の簡便さといった点から、配線形成プロセスには大抵メッキ工程が含まれる。
【０００３】
このメッキ工程は、目的とする金属イオンを含んだ電解液を電気分解し、陰極となる基板上に金属を析出させる方法であるが、電気分解中に、電解液が絶縁膜と形成された配線の間に入り込み、そのまま陰イオンが残留してしまい、ショートの原因につながったりすることがある。また、電解液を洗い流す洗浄工程が必要であったり、大抵の電解液は有毒であることから、電気分解後に残った電解液を廃液として処理しなければならないといった欠点がある。特に、近年では、環境に配慮する気運の高まりから廃液がでないような配線形成プロセスが求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの諸問題を解決して、陰イオンの残留を防ぎ、廃液を出さない環境に配慮した回路基板の配線形成方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による回路基板の配線形成方法は、回路基板上に形成しようとする配線の材料となる金属を含む化合物を超臨界状態の溶媒に溶解して溶液を作り、この溶液に配線を形成すべき処理基板を入れ、基板表面に当該金属の膜を析出させて配線を形成することを特徴とする。
【０００６】
本発明の好ましい態様によれば、超臨界状態の溶媒に金属化合物を溶解した溶液に電界を印加して、溶解している金属を還元し、基板表面に当該金属の膜を析出させる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明では、配線形成材料となる金属を含む化合物を、この金属化合物が溶解可能な超臨界状態の溶媒、すなわち超臨界流体に溶解させて使用する。例えば、配線形成材料が銅である場合には、適当な超臨界流体に、銅を含む化合物を溶解させることができる。
【０００８】
本発明で溶媒として用いる超臨界流体とは、臨界温度及び臨界圧力を超えた状態にある流体のことである。また、ここで用いる超臨界流体は、環境への影響を小さくするため、毒性、腐食性がなく、化学的に安定な物質であることが望ましい。また、設備のコストを軽減できるよう室温に近い臨界温度を有する物質であることも好ましい。具体的には、臨界温度が０〜５０℃の間にあるものが好ましい。このような条件に当てはまる超臨界流体の代表例は、二酸化炭素であり、その臨界温度は３１．１℃、臨界圧力は７２．８気圧である。本発明で使用可能な超臨界流体としては、このほかに例えばエタン（Ｃ2 Ｈ6 ）、アンモニア（ＮＨ3 ）、一酸化二窒素（Ｎ2 Ｏ）等を上げることができる。
【０００９】
配線材料の金属を含む金属化合物は、超臨界流体に溶解可能であればどのようなものでもよい。一例として、超臨界流体として二酸化炭素を利用し、そして回路基板上に銅配線を形成しようとする場合には、金属化合物として炭酸銅を好ましく用いることができる。
【００１０】
先に述べたように、本発明の配線形成方法では臨界温度及び臨界圧力を超えた状態にある超臨界流体を使用することから、配線形成は用いる超臨界流体の臨界温度、臨界圧力以上に保たれた密閉高圧容器内で行う。そして、超臨界状態にある流体（溶媒）中へ、配線に用いる金属を含んだ金属化合物を溶解させる。次に、この金属化合物の溶解した超臨界流体中に配線を形成すべき処理基板を入れて、その表面に当該金属を析出させて配線膜を形成させる。
【００１１】
超臨界流体中での金属の析出は、電気分解を利用することができる。
【００１２】
電気分解では、金属化合物が溶解しそして処理基板の入った超臨界流体に電界を印加することで、基板表面に金属膜を析出させることができる。具体的には、金属化合物は超臨界流体に溶解すると陽イオンになるため、その超臨界流体中に浸漬した処理基板を陰極として電界をかけ、溶解金属イオンを還元することにより基板上に析出させ、配線膜を形成させる。この場合、配線材料と同じ金属製の電極を陽極として使用する。配線膜の形成が終了したら、超臨界流体を常温・常圧に戻す。すなわち、超臨界流体の入った密閉高圧容器の圧力を臨界圧力以下（大気圧）まで減圧するとともに、流体を超臨界条件に保持するため高温が使用されていた場合には流体温度を室温まで低下させる。この工程により、超臨界流体は気化し、そして気化した流体を容器から排出して、配線形成が完了する。
【００１３】
このように、溶媒となる超臨界流体は減圧工程によってすべて気化し、容器から排出されてしまうため、配線膜形成後に陰イオンが残留することがなく、また配線形成を終えた基板の洗浄工程を省くことができる。その上、超臨界流体として有毒性や腐食性がないものを使用することから、特別な処理設備等の必要がなく、更にメッキプロセスのような廃液も発生しないことから、環境への影響をなくすことができる。
【００１４】
本発明の方法は、基板上に配線パターンを形成した簡単なプリント回路基板から、大型コンピュータ等に使用される高密度配線を備えた多層回路基板に至るまでの、幅広い範囲の回路基板に、効率よく且つ環境への影響を懸念することなく配線を形成するのを可能にする。また、本発明の方法により配線を形成した各種回路基板は、そうした基板が組み込まれる種々の電子装置において使用可能である。
【００１５】
【実施例】
次に、実施例により本発明を更に詳しく説明する。言うまでもなく、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００１６】
この例では、超臨界流体として二酸化炭素（ＣＯ2 ）を用いた。ＣＯ2 の臨界温度は３１．１℃、臨界圧力は７２．８気圧である。金属化合物には炭酸銅（ＣｕＣＯ3 ・Ｃｕ（ＯＨ）2 ）を用い、Ｃｕ配線の形成を試みた。炭酸銅の超臨界ＣＯ2 への溶解度を上げるため、処理時の環境は４０℃、９０気圧とした。
【００１７】
まず、図１に示したように、三つの高圧容器１０、２０、３０内に、あらかじめそれぞれ超臨界状態の二酸化炭素１１、炭酸銅粉末２１、そして陰極となる配線形成用ガラスエポキシ基板３１と陽極となる銅電極３２を入れた。配線形成用ガラスエポキシ基板３１の表面には、メッキ処理により配線膜を形成する場合に一般的であるように前もって所定パターンの銅薄膜（厚さ約０．５μｍ）を、スパッタリング法で形成しておいた。
【００１８】
その後、各容器１０、２０、３０内の温度及び圧力をそれぞれ、ＣＯ2 を超臨界状態に保つのに十分な条件にした。一つの容器から別の容器への超臨界流体の移動は容器間の圧力差を利用し、管路４１、４２を介して行ったが、上述のように、容器内の条件は基本的に４０℃、９０気圧とした。
【００１９】
最初に、容器１０内の超臨界二酸化炭素１１を炭酸銅２１の入った容器２０に移動させ、超臨界ＣＯ2 に炭酸銅を溶解させて、炭酸銅溶液２２を作った。次に、この溶液２２を基板３１を陰極として配置した容器３１に移動させた。この陰極と銅製の陽極３２との間に電圧を印加して溶液に電界をかけ、超臨界ＣＯ2 中のＣｕ2+を還元し、陰極である基板３１上の配線形成部分にＣｕを析出させた。このときに流した電流の電流密度は３Ａ／ｃｍ2 とし、通電時間は約１０分とした。析出終了後、基板３１の入った容器３０を管路４３を解放することで大気圧まで減圧し、超臨界ＣＯ2 を気化して大気中へ放出した。大気圧に解放後の容器３０内に残留物は認められなかった。
【００２０】
続いて、容器３０から基板３１を取り出し、配線形成部分を顕微鏡観察したところ、厚さ約５μｍのＣｕ配線が形成されていた。また、陰イオンの残留は認められなかった。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、今まで配線形成をメッキによって行うために避けることができなかった、（１）配線と絶縁膜間に陰イオンが残留する、（２）洗浄などの後工程の必要である、（３）有毒な廃液が発生し、廃液処理が必要になるといった問題を、超臨界流体を用いて配線形成を行うことによってなくすことができるようになった。これは回路基板を製造するにあたり、配線形成プロセスの簡潔化と短縮、環境への影響の軽減という点で寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を説明する図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０…容器
１１…超臨界ＣＯ2
２１…炭酸銅
２２…炭酸銅溶液
３１…処理基板
３２…陽極
４１、４２、４３…管路
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板の配線形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータなどの電子機器を対象とした回路基板には、ガラスエポキシ基板上に配線をパターニングした簡単なプリント基板から、大型コンピュータ用に高密度配線が可能な薄膜多層回路基板に至るまでいくつかの種類がある。しかし、どの回路基板の配線形成プロセスにも、コスト面や設備の簡便さといった点から、配線形成プロセスには大抵メッキ工程が含まれる。
【０００３】
このメッキ工程は、目的とする金属イオンを含んだ電解液を電気分解し、陰極となる基板上に金属を析出させる方法であるが、電気分解中に、電解液が絶縁膜と形成された配線の間に入り込み、そのまま陰イオンが残留してしまい、ショートの原因につながったりすることがある。また、電解液を洗い流す洗浄工程が必要であったり、大抵の電解液は有毒であることから、電気分解後に残った電解液を廃液として処理しなければならないといった欠点がある。特に、近年では、環境に配慮する気運の高まりから廃液がでないような配線形成プロセスが求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの諸問題を解決して、陰イオンの残留を防ぎ、廃液を出さない環境に配慮した回路基板の配線形成方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による回路基板の配線形成方法は、回路基板上に形成しようとする配線の材料となる金属を含む化合物を超臨界状態の溶媒に溶解して溶液を作り、この溶液に配線を形成すべき処理基板を入れ、基板表面に当該金属の膜を析出させて配線を形成することを特徴とする。
【０００６】
本発明の好ましい態様によれば、超臨界状態の溶媒に金属化合物を溶解した溶液に電界を印加して、溶解している金属を還元し、基板表面に当該金属の膜を析出させる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明では、配線形成材料となる金属を含む化合物を、この金属化合物が溶解可能な超臨界状態の溶媒、すなわち超臨界流体に溶解させて使用する。例えば、配線形成材料が銅である場合には、適当な超臨界流体に、銅を含む化合物を溶解させることができる。
【０００８】
本発明で溶媒として用いる超臨界流体とは、臨界温度及び臨界圧力を超えた状態にある流体のことである。また、ここで用いる超臨界流体は、環境への影響を小さくするため、毒性、腐食性がなく、化学的に安定な物質であることが望ましい。また、設備のコストを軽減できるよう室温に近い臨界温度を有する物質であることも好ましい。具体的には、臨界温度が０〜５０℃の間にあるものが好ましい。このような条件に当てはまる超臨界流体の代表例は、二酸化炭素であり、その臨界温度は３１．１℃、臨界圧力は７２．８気圧である。本発明で使用可能な超臨界流体としては、このほかに例えばエタン（Ｃ2 Ｈ6 ）、アンモニア（ＮＨ3 ）、一酸化二窒素（Ｎ2 Ｏ）等を上げることができる。
【０００９】
配線材料の金属を含む金属化合物は、超臨界流体に溶解可能であればどのようなものでもよい。一例として、超臨界流体として二酸化炭素を利用し、そして回路基板上に銅配線を形成しようとする場合には、金属化合物として炭酸銅を好ましく用いることができる。
【００１０】
先に述べたように、本発明の配線形成方法では臨界温度及び臨界圧力を超えた状態にある超臨界流体を使用することから、配線形成は用いる超臨界流体の臨界温度、臨界圧力以上に保たれた密閉高圧容器内で行う。そして、超臨界状態にある流体（溶媒）中へ、配線に用いる金属を含んだ金属化合物を溶解させる。次に、この金属化合物の溶解した超臨界流体中に配線を形成すべき処理基板を入れて、その表面に当該金属を析出させて配線膜を形成させる。
【００１１】
超臨界流体中での金属の析出は、電気分解を利用することができる。
【００１２】
電気分解では、金属化合物が溶解しそして処理基板の入った超臨界流体に電界を印加することで、基板表面に金属膜を析出させることができる。具体的には、金属化合物は超臨界流体に溶解すると陽イオンになるため、その超臨界流体中に浸漬した処理基板を陰極として電界をかけ、溶解金属イオンを還元することにより基板上に析出させ、配線膜を形成させる。この場合、配線材料と同じ金属製の電極を陽極として使用する。配線膜の形成が終了したら、超臨界流体を常温・常圧に戻す。すなわち、超臨界流体の入った密閉高圧容器の圧力を臨界圧力以下（大気圧）まで減圧するとともに、流体を超臨界条件に保持するため高温が使用されていた場合には流体温度を室温まで低下させる。この工程により、超臨界流体は気化し、そして気化した流体を容器から排出して、配線形成が完了する。
【００１３】
このように、溶媒となる超臨界流体は減圧工程によってすべて気化し、容器から排出されてしまうため、配線膜形成後に陰イオンが残留することがなく、また配線形成を終えた基板の洗浄工程を省くことができる。その上、超臨界流体として有毒性や腐食性がないものを使用することから、特別な処理設備等の必要がなく、更にメッキプロセスのような廃液も発生しないことから、環境への影響をなくすことができる。
【００１４】
本発明の方法は、基板上に配線パターンを形成した簡単なプリント回路基板から、大型コンピュータ等に使用される高密度配線を備えた多層回路基板に至るまでの、幅広い範囲の回路基板に、効率よく且つ環境への影響を懸念することなく配線を形成するのを可能にする。また、本発明の方法により配線を形成した各種回路基板は、そうした基板が組み込まれる種々の電子装置において使用可能である。
【００１５】
【実施例】
次に、実施例により本発明を更に詳しく説明する。言うまでもなく、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００１６】
この例では、超臨界流体として二酸化炭素（ＣＯ2 ）を用いた。ＣＯ2 の臨界温度は３１．１℃、臨界圧力は７２．８気圧である。金属化合物には炭酸銅（ＣｕＣＯ3 ・Ｃｕ（ＯＨ）2 ）を用い、Ｃｕ配線の形成を試みた。炭酸銅の超臨界ＣＯ2 への溶解度を上げるため、処理時の環境は４０℃、９０気圧とした。
【００１７】
まず、図１に示したように、三つの高圧容器１０、２０、３０内に、あらかじめそれぞれ超臨界状態の二酸化炭素１１、炭酸銅粉末２１、そして陰極となる配線形成用ガラスエポキシ基板３１と陽極となる銅電極３２を入れた。配線形成用ガラスエポキシ基板３１の表面には、メッキ処理により配線膜を形成する場合に一般的であるように前もって所定パターンの銅薄膜（厚さ約０．５μｍ）を、スパッタリング法で形成しておいた。
【００１８】
その後、各容器１０、２０、３０内の温度及び圧力をそれぞれ、ＣＯ2 を超臨界状態に保つのに十分な条件にした。一つの容器から別の容器への超臨界流体の移動は容器間の圧力差を利用し、管路４１、４２を介して行ったが、上述のように、容器内の条件は基本的に４０℃、９０気圧とした。
【００１９】
最初に、容器１０内の超臨界二酸化炭素１１を炭酸銅２１の入った容器２０に移動させ、超臨界ＣＯ2 に炭酸銅を溶解させて、炭酸銅溶液２２を作った。次に、この溶液２２を基板３１を陰極として配置した容器３１に移動させた。この陰極と銅製の陽極３２との間に電圧を印加して溶液に電界をかけ、超臨界ＣＯ2 中のＣｕ2+を還元し、陰極である基板３１上の配線形成部分にＣｕを析出させた。このときに流した電流の電流密度は３Ａ／ｃｍ2 とし、通電時間は約１０分とした。析出終了後、基板３１の入った容器３０を管路４３を解放することで大気圧まで減圧し、超臨界ＣＯ2 を気化して大気中へ放出した。大気圧に解放後の容器３０内に残留物は認められなかった。
【００２０】
続いて、容器３０から基板３１を取り出し、配線形成部分を顕微鏡観察したところ、厚さ約５μｍのＣｕ配線が形成されていた。また、陰イオンの残留は認められなかった。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、今まで配線形成をメッキによって行うために避けることができなかった、（１）配線と絶縁膜間に陰イオンが残留する、（２）洗浄などの後工程の必要である、（３）有毒な廃液が発生し、廃液処理が必要になるといった問題を、超臨界流体を用いて配線形成を行うことによってなくすことができるようになった。これは回路基板を製造するにあたり、配線形成プロセスの簡潔化と短縮、環境への影響の軽減という点で寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を説明する図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０…容器
１１…超臨界ＣＯ2
２１…炭酸銅
２２…炭酸銅溶液
３１…処理基板
３２…陽極
４１、４２、４３…管路
Claims (7)
- 回路基板上に形成しようとする配線の材料となる金属を含む化合物を超臨界状態の溶媒に溶解して溶液を作り、この溶液に配線を形成すべき処理基板を入れ、基板表面に当該金属の膜を析出させて配線を形成し、該超臨界状態を保持するための条件を変更することで、該超臨界状態にあった溶媒を気化させ流体とし、該流体を排出することを特徴とする回路基板の配線形成方法。
- 前記溶媒として、室温付近に臨界温度を有する流体を用いることを特徴とする、請求項１記載の方法。
- 前記溶媒として、毒性及び腐食性がなく、化学的に安定な流体を用いることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
- 前記溶液に電界を印加して、溶解している金属を還元し、前記基板表面に当該金属の膜を析出させることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
- 前記溶媒が二酸化炭素であり、前記化合物が炭酸銅である、請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
- 請求項１から５までのいずれか一つの方法で形成した配線を備えていることを特徴とする回路基板。
- 請求項１から５までのいずれか一つの方法で形成した配線を備えた回路基板が組み込まれていることを特徴とする電子装置。
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|---|---|---|---|
| JP13116397A JP3929108B2 (ja) | 1997-05-21 | 1997-05-21 | 回路基板の配線形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13116397A JP3929108B2 (ja) | 1997-05-21 | 1997-05-21 | 回路基板の配線形成方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10321991A JPH10321991A (ja) | 1998-12-04 |
| JP3929108B2 true JP3929108B2 (ja) | 2007-06-13 |
Family
ID=15051486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13116397A Expired - Fee Related JP3929108B2 (ja) | 1997-05-21 | 1997-05-21 | 回路基板の配線形成方法 |
Country Status (1)
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| JP2007063598A (ja) * | 2005-08-30 | 2007-03-15 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | 多孔性金属薄膜およびその製造方法 |
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| JP5256399B2 (ja) * | 2010-04-26 | 2013-08-07 | 吉田 英夫 | めっき処理物及びめっき処理方法 |
-
1997
- 1997-05-21 JP JP13116397A patent/JP3929108B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH10321991A (ja) | 1998-12-04 |
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